关于预应力混凝土桩抗压强度计算公式的商榷

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发布时间：2021-09-16

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关于预应力混凝土桩抗压强度计算公式的商榷
王常青
(黑龙江四方建设工程设计院。哈尔滨150001)
【摘要】从理论上对预应力混凝土轴心受压构件进行应力分析，描绘出在施工、使用阶段构件中预应力筋
和混凝土应力变化曲线，进而推导出预应力混凝土轴心受压时强度计算公式和预应力混凝土桩抗压计算公式。
对在预应力管桩基础设计中确定桩身承载能力有重要意义。
【关键词】预应力；管桩；钻孔预制复合桩；应力损失；变形协调；成桩工艺系数
【中图分类号】TU473．1 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2014)10—0120—03
近年来对预应力混凝土桩抗压强度计算尚无统
一方法，国家标准图集中，预应力空心方桩和预应力
空心管桩抗压强度计算公式截然不同，国家桩基础设
计规范中也未明确提出预应力桩抗压强度计算方法。
这些都困扰着预应力混凝土桩的基础设计。预应力
混凝土桩抗压强度计算公式不准确，影响桩承载力有
效发挥，造成很大浪费；甚至有时还带来不安全因素。
目前结构工程师们急待能有明确、合理计算方法。出
于此目的，本文提出预应力混凝土桩抗压强度计算方
法及公式，供工程师们参考。
1 预应力混凝土构件轴心抗压计算
1．1 施工阶段应力分析
本文提的施工阶段是指先张法预应力混凝土构
件在未受外力作用的阶段。
(1) 在固定的钢台座上张拉截面积为A。的预
应力钢筋，将钢筋张拉至控制应力。。，这时钢筋总拉
力为 A。。假定构件中未配非预应力钢筋。
(2) 预应力钢筋完成第一批应力损失。钢筋固
定在台座上，锚具产生弹性压缩变形，钢筋内缩引起
预应力损失(减少) ；在台座上浇注混凝土，为缩短
生产周期，采用蒸汽养护加速混凝土快速硬结。这时
受拉钢筋与承受拉力的固定台座之间温差引起预应
力筋应力损失 d；在浇注混凝土和养护初期，钢筋和
混凝土之间无粘结力，预应力筋在长度不变和高应力
作用下产生塑性变形(徐变)和松弛，引起应力损失
。。，、计算公式可查混凝土结构设计规范和
混凝土结构教科书。此时混凝土未受力，预应力筋的
拉应力已降到 on—Ore，，。，= 。l+ e3+ 。
(3) 当台座上的混凝土达到75％以上设计强
度，混凝土和预应力筋形成一个整体，钢筋和混凝土
问具有粘结力，这时放松预应力筋，钢筋回缩，混凝土
和预应力筋间的粘结力对混凝土施压，使混凝土产生
压缩变形，钢筋和混凝土产生相同压缩变形。预应力
筋拉应力降低了or ，混凝土开始产生压应力Or脚。根
据钢筋和混凝土变形协调条件有：
s。。： pe／E。 Or~／E。，
E。
。
这时预应力筋应力为：：一。I— E
根据构件内力平衡条件： ·A = ·A
Orp,~‘A =( oon一。I—OtEOrV,eo)Ap，
得 =
式中，A 为构件截面面积扣除钢筋后的纯混凝土
面积。
(4) 预应力筋完成第二批应力损失。随着时间
的增长，混凝土发生收缩变形，并且在压力作用下产
生徐变使混凝土构件缩短，预应力筋内缩，造成预应
力损失。这时混凝土压应力降为。，混凝土压应
力降了( 一。)，钢筋拉应力降为：
orpel= ∞n一 cl—cr — E po。+0cE(Orpco一 I)
= con 一
e
— Ot~or pcI
e
Or d + t5
根据构件内力平衡条件：Or 。·A = ·A。，
有( Ⅻ 一Ore—OtE pe1)Ap pcl‘A ，
得 = = =
为混凝土构件在未受外力作用前，构件内预
应力筋作用( )产生的压应力，称为有效预压应力。
A。为换算截面面积，A。=A +aEA 。
1．2 使用阶段的应力分析
(1) 构件在外力Ⅳ(压力)作用下，构件混凝土
和预应力筋缩短，混凝土压应力在基础上增加了
N／A。：Aor ，预应力筋应力降低了OtE(aOr )。下面按
两种假设分析预应力筋和构件混凝土应力变化情况